文档介绍：机车构架的焊接机器人生产应用研究
辛海波1 徐惠忠2
( 213011)
摘要:介绍焊接机器人在内燃机车转向架构架焊接应用方面的工艺研究。通过对机车构架部件焊接加工特点的分析,结合焊接机器人加工特点以及待焊工件产品验收要求,研究试验构架机器人焊接加工工艺,用于构架牵引梁、侧梁等部件的机器人弧焊。
关键词:焊接机器人;机车转向架;效率;焊接工艺
0 引言
由于我国货运、客运、城市地铁等需求量的不断增加,以及列车提速的需求,铁路机车车辆制造行业处于快速增长阶段。其中机车转向架构架产品质量要求很高,生产节点安排紧密。若采用传统的焊接手段,对焊接操作者技术要求高,短期内较难达到要求,且产品稳定性差。针对这一现状,经过大量调研,结合目前焊接技术的发展,认为采用机器人焊接方案切实可行。
1 铁路机车构架焊接生产存在的主要问题:
(1)生产效率低
铁路内燃机车构架的焊接,主要采用焊条电弧焊及半自动CO2气体保护焊,工人劳动强度大,生产效率低。因此,为提高生产效率,应该发挥焊接机器人的优势,采用生产效率高的焊接机器人来生产产品较为可靠。
(2)焊接质量不稳定
采用手工电弧焊或半自动CO2气体保护焊,其焊接质量随操作工人的技能、情绪等人为因素影响较大。比如,中国南车戚机厂在对兰新线的转向架构架焊缝产生的裂纹情况进行了调查统计,发现在侧梁、横梁及端梁等多处出现裂纹,裂纹长度不一,裂纹深度及至整个焊缝的深度,给机车的安全运行带来了隐患。分析原因主要是焊工人为因素所致,为消除人为因素的影响,提高产品的焊接质量,需要采用自动化焊接系统。由于焊接机器人在铁路装备生产制造方面应用越来越广泛,其焊接质量很高,所以,采用焊接机器人焊接转向架构架部件是有必要的。
(3)生产环境差
在生产铁路机车构架时,由于焊接工作量大,生产环境很差,当焊接烟尘和保护气体超过允许浓度时,就会影响焊工的身体健康。采用焊接机器人进行操作,焊接机器人系统带有烟尘净化装置,可以减小对环境的污染。而且,机器人在这种环境下操作,解决了在工作中对人体的危害。
2 构架部件结构分析
转向架构架包括侧梁、牵引梁、中间梁以及后端梁等,每种梁都需通过焊接而成,这里又以牵引梁和侧梁的焊接尤为重要。其材料为Q420E低合金高强度钢板,板厚范围10~25mm。牵引梁装配如图1所示,包括上下盖板、前后立板、肋板和筋板。
构架各梁均为箱型结构,刚性强,一旦出现较大变形,很难矫正,所以焊接过程中既要考虑减少焊接应力,又要控制焊接变形。在制定焊接工艺时要充分考虑。
图1 牵引梁装配图
3 Q420E的焊接性分析
Q420E化学成分分析
Q420E属于低合金高强度钢,强度高,特别是在正火或正火加回火状态有较高的综合力学性能。一般情况下,低合金钢焊接接头随着钢材强度的提高及钢板厚度的增大,其焊接性变差。影响金属焊接性的主要因素是化学成分。不同金属材料的焊接性能不一样。Q420E的化学成分如表1所示。
表1 母材化学成分
材料
牌号
主要元素成分(%)
C
Cr
Mn
Ni
Si
P
S
V、
Nb
Ti
Q420E
≤
≤
--
≤
≤
≤